隨著礦產(chǎn)資源的逐步枯竭，剛玉、礬土等資源性的原料價格逐年看漲;同時，鋼鐵企業(yè)對成本的控制也使耐火材料的售價逐年走低。因此，急需開發(fā)一種成本更低，使用性能優(yōu)異的鋼包自流澆注料。順應(yīng)這種發(fā)展趨勢，我公司采用我國資源豐富、價格低廉的鎂砂代替價格高昂的剛玉等材料，成功研制了低成本、高性能的鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料，不僅能滿足鋼鐵企業(yè)的使用要求，也為企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟效益。
試驗
原料
采用的主要及其化學(xué)組成見表1。
表1 試驗用原料的化學(xué)組成(w) %
試樣制備
以棕剛玉和鎂砂顆粒為骨料，剛玉細粉及Al2O3微粉等為基質(zhì)料，骨料與基質(zhì)料按65:35的質(zhì)量比配料。改變鎂砂的粒度組成、添加量及品位，調(diào)整基質(zhì)中Al2O3微粉的比例，將不同配料組合混勻后加入適量的水，充分攪拌，使其具有很好的流動性，然后自然澆注(不振動)成40mm×40mm×160mm的條樣，成型24h后脫模，并在20~30℃的環(huán)境溫度下養(yǎng)護24h，然后在(110±5)℃下干燥24h，干燥后試樣進行1500℃3h熱處理，冷卻后測其常溫抗折強度、常溫耐壓強度和燒后線變化率。
澆注料初始流動值及衰減的測定
眾所周知，自流澆注料最重要的特性就是流動性能優(yōu)良，因此，流動性的檢測至關(guān)重要，本試驗采用GB 2429—81中描述的方法檢測自流料的流動值。為保證施工性能，同時需檢測自流料流動值的衰減，一般來說，需保證30min的現(xiàn)場可施工時間，因此，本實驗同時還檢測了同一盤澆注料靜置30min后的流動值。
結(jié)果與討論
鎂砂粒度組成對澆注料流動性的影響
以電熔鎂砂為例研究鎂砂粒度組成對澆注料流動性的影響。保持鎂砂的總量不變，調(diào)整鎂砂的粒度組成，分別制作1#~4#四組澆注料(分別加入足量的水分)，檢測初始流動值及30min后的流動值衰減，檢測結(jié)果見表2。
表2 鎂砂粒度組成對澆注料流動性的影響
從表2可以看出，隨著鎂砂顆粒的增多，澆注料的初始流動值增加，流動值衰減減少，但初始流動值的增加不太明顯，流動值衰減卻相當(dāng)明顯：細粉加入量最多的1#試樣，靜置30min后澆注料已基本無流動性，無法施工；2#、3#試樣的流動性衰減也較大， 施工性能不好;4#試樣以全顆粒鎂砂形式加入，初始流動性好，衰減也低，施工性能優(yōu)良。其主要原因是鎂砂粒度減小，鎂砂表面的水化越兇，流動性衰減也就越快。因此，考慮到自流料的施工性能，鎂砂的加入方式采用全顆粒形式加入。4#試樣與剛玉質(zhì)自流料的流動性相當(dāng)，主要是由于鎂砂顆粒形狀較規(guī)則，被細粉包裹時阻力不大，同時鎂砂顆粒的水化緩慢，因此流動性衰減也不大。
鎂砂添加量對澆注料流動性及物理性能的影響
根據(jù)2.1的結(jié)論，鎂砂均采用顆粒形式加入。以電熔鎂砂為例研究鎂砂添加量對澆注料流動性及強度的影響。
改變鎂砂顆粒的加入量制成4#~6#澆注料試樣，檢測初始流動值和30min后的衰減流動值，以及澆注成型后試樣于1500℃3h熱處理的物理性能。具體添加量及性能的檢測結(jié)果見表3。
表3 鎂砂添加量對自流料流動性和熱處理后物理性能的影響
從表3可以看出：
(1)鎂砂顆粒添加量對自流料的流動值影響不大，4#~6#自流料試樣的初始流動值均較好，流動性衰減也較少。這可能是由于鎂砂顆粒水化較弱，即使添加量增加，水化程度的增加也不明顯，因此對流動性的影響較小。
(2)隨著鎂砂添加量的降低，試樣的強度增加，線膨脹變小。這主要是由于鎂砂越多，在高溫下MgO與Al2O3反應(yīng)生成的尖晶石量越多，因此線膨脹率也越大;同時鎂砂含量增多后，由于組織結(jié)構(gòu)的不均勻及熱膨脹系數(shù)不匹配，未反應(yīng)的鎂砂接力在冷卻過程中于周圍基質(zhì)間產(chǎn)生的間隙增多，導(dǎo)致澆注料整體結(jié)構(gòu)疏松，強度相應(yīng)下降�？梢�，當(dāng)鎂砂顆粒的加入量在20%時，澆注料具有優(yōu)異的流動性能，較好的強度，以及較小的線變化率。
鎂砂品位對澆注料理化性能的影響
保持鎂砂的總量不變，研究97高純鎂砂與95中檔鎂砂對澆注料強度及燒后線變化率的影響，結(jié)果見表4。從表中可以看出，隨著鎂砂品位的降低(原料成本也隨之下降)，試樣的強度增加，線膨脹率變小。這可能時由于鎂砂品位降低，材料中的CaO、SiO2等雜質(zhì)成分增多，在高溫下基質(zhì)部分容易形成更多的低熔相而促進燒結(jié)，產(chǎn)生的收縮部分抵消了試樣的膨脹，造成試樣的線變化率降低，燒后常溫強度增加。因此，采用品位更低的95中檔鎂砂作鋁鎂澆注料的骨料，不僅成本更低，也更易于燒結(jié)，強度也更高。
表4 鎂砂品位對1500℃ 3h燒后試樣性能的影響
Al2O3微粉添加量對澆注料流動性及理化性能的影響
保持中檔鎂砂的總量不變，研究了不同添加量的Al2O3微粉對澆注料流動性及強度的影響，見表5。從中可以看出：
表5 Al2O3微粉含量對試樣性能的影響
(1)隨著Al2O3微粉量的增加，澆注料的流動性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當(dāng)Al2O3微粉含量適當(dāng)時，主要其填充作用，澆注料流動性增加;當(dāng)Al2O3微粉的含量過高后，由于Al2O3微粉的比表面積高，活性大，與水接觸時反應(yīng)程度大，導(dǎo)致澆注料的黏度過高，從而使流動性略有下降。綜合考慮強度及流動性能，Al2O3微粉的加入量為2a時，性能更佳。
(2)隨著Al2O3微粉量的增加，澆注料的烘干強度增加，主要由于Al2O3微粉粒徑很小，可以有效填充顆粒與顆粒間的空隙，使?jié)沧⒘系某貜姸忍岣?澆注料的燒后強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，主要是由于Al2O3微粉活性高，加入量適量時，在高溫下可起到促進燒結(jié)的作用，導(dǎo)致強度提高，但當(dāng)Al2O3微粉的添加量過高后，除一部分填充空隙外，多余的Al2O3微粉優(yōu)先與澆注料中的水泥發(fā)生反應(yīng)而消耗基質(zhì)中大量的Al2O3，同時反應(yīng)伴隨體積膨脹，使?jié)沧Ⅲw高溫處理后結(jié)構(gòu)缺陷很大，強度降低。因此，鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料中水泥含量不宜過高。
(3)工業(yè)應(yīng)用
施工工藝
將自流澆注料倒入攪拌機或料斗內(nèi)，啟動攪拌機或揮動鐵鏟，并慢慢地加入干凈水進行混料。施工要點如下：
(1)嚴格控制加水量(在干料總質(zhì)量的6%~7%)，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行適當(dāng)調(diào)整：
(2)嚴格控制攪拌時間，加入清水后的攪拌時間一般控制在：機械攪拌為3~5min，人工交保為6~8min;以水泥攪拌均勻為準。
(3)攪拌均勻的泥料應(yīng)復(fù)合以下要求;泥料靜置時無分層;排氣性好;流動性好，初始流動值達到190~230mm；無干料、結(jié)團現(xiàn)象。
鋼廠使用效果
我公司研制的低成本、高性能鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料，已成功在國內(nèi)多家大中型鋼廠的80~200t鋼包上使用，使用效果優(yōu)良。該鋁鎂質(zhì)自流澆注料流動性好，易于施工，能自動推平且排氣性好;高溫使用性能優(yōu)良，抗鋼水沖刷及熔渣滲透性強;微膨脹，能減少透氣磚與包底之間的縫隙，避免了滲鋼;其使用壽命能與透氣座磚壽命同步。且自流料侵蝕速度優(yōu)于透氣座磚邊緣的侵蝕強度，因此能很好的保護透氣座磚。綜合分析使用效果及經(jīng)濟成本，鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料完全能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛玉質(zhì)自流澆注料。
結(jié)論
(1)鎂砂以全顆粒形式加入時，鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料的流動性及施工性能更佳。
(2)鎂砂以全顆粒形式加入時，其加入量的多少對自流澆注料的流動性及施工性能影響不大;鎂砂含量越低，澆注料的強度越高，線膨脹越小；加入鎂砂顆粒的質(zhì)量分數(shù)以20%為宜。
(3)鎂砂的品位越低，澆注料的成本下降，且強度提高，線膨脹變小。
(4)添加適量的Al2O3微粉對自流澆注料的流動性及強度均有提高。
(5)工業(yè)試驗表明，低成本、高性能的鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料完全能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛玉質(zhì)自流澆注料。
